CN214998037U

CN214998037U - 海上风力发电机组在线监测系统

Info

Publication number: CN214998037U
Application number: CN202120985435.1U
Authority: CN
Inventors: 吕鹏远
Original assignee: China Three Gorges Renewables Group Co Ltd
Current assignee: China Three Gorges Renewables Group Co Ltd
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2031-05-10

Abstract

本实用新型涉及海上风力发电机组在线监测系统，包括风机监测单元、基桩监测单元、海缆监测单元，风机监测单元包括连接的处理器和数据采集卡，转速传感器、电流传感器的输出端分别与数据采集卡连接。所述基桩监测单元包括第一微处理器以及分别与其连接的腐蚀检测传感器和冲刷检测传感器；第一微处理器与风机监测单元的处理器通讯连接。所述海缆监测单元包括第二微处理器以及分别与其连接的陀螺仪传感器、第二无线传输模块。本实用新型实现了风机海底电缆弯曲限制器的位置和姿态角度，便于风机运行管理人员实时了解弯曲限制器状态信息，判断有无脱落现象；实现了风机实时监测数据的云存储，便于运行管理人员在线查看风机实时监测数据。

Description

海上风力发电机组在线监测系统

技术领域

本实用新型属于风电发电监测领域，具体涉及一种海上风力发电机组在线监测系统。

背景技术

海上风电相比陆上风电，具有以下优势：海上风速高于陆上风速高，风能资源丰富；海上风主导风向一般稳定，有利于机组稳定运行，延长寿命;海上风电单机容量可以提高较大，由于噪音限制小，使得能量产出大，年利用小时数更高；机组距海岸较远，视觉影响小；环境负面影响小；不占用陆地宝贵的土地资源等。

目前，海上风电的成本很高，海上风电场分为潮间带和中、深海域，相对陆上风电场，海上风电场面临的主要问题有高成本、复杂的环境、需要较高的可靠性、海上电力配套措施等。海上风力发电机组及其基础的日常维护以提高其安全性、稳定性也是难点。

以上问题突出体现在以下几方面：

（1）目前海上风电，风机都采用钢结构的基桩，海水腐蚀性强，通常以牺牲阳极的方式保护基桩。但是如何监测基桩或牺牲阳极的腐蚀程度是否在规范允许的范围之内，当前尚无法在线监测的技术。

（2）部分区域洋流比较大，背流面会冲刷形成坑，冲刷坑需要及时抛石处理，否则坑越来越大，影响风机基础安全，现有的海上风电监测系统缺乏对风机基础周围冲刷坑的实时监测。

（3）风机海缆目前主要是靠套装弯曲限制器来确保安全，现有的海上风电监测系统缺乏对弯曲限制器的监测。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种海上风力发电机组在线监测系统，监测风机海缆弯曲限制器的位置，监测风机基桩钢结构的腐蚀情况和风机基础周围的冲刷坑，将实时监测数据存储到云端，便于运管人员在线查询、了解风机的实时状态。

本实用新型的技术方案是海上风力发电机组在线监测系统，包括风机监测单元和基桩监测单元，风机监测单元包括连接的处理器和数据采集卡，转速传感器、电流传感器的输出端分别与数据采集卡连接，转速传感器用于检测风机叶轮的转速；显示器经数据线与处理器连接。

所述基桩监测单元包括第一微处理器以及分别与其连接的腐蚀检测传感器和冲刷检测传感器，腐蚀检测传感器用于监测基桩钢结构或基桩牺牲阳极的腐蚀程度；冲刷检测传感器用于监测风机基桩处冲刷坑的水深；第一微处理器与风机监测单元的处理器通讯连接。

优选地，风机监测单元还包括与处理器连接的第三无线传输模块。

优选地，风机监测单元还包括与数据采集卡的振动传感器。

优选地，基桩监测单元还包括与第一微处理器连接的第一无线传输模块，第一无线传输模块经无线网络与第三无线传输模块通讯连接。

优选地，所述系统还包括海缆监测单元，所述海缆监测单元包括第二微处理器以及分别与其连接的陀螺仪传感器、第二无线传输模块。第二无线传输模块经无线网络与第三无线传输模块通讯连接。在风机基桩底部的J型管、海缆弯曲限制器上均固定设置海缆监测单元。

进一步地，所述第一无线传输模块、第二无线传输模块、第三无线传输模块均为带硬件定位引擎的Zigbee模块。

优选地，风机监测单元还包括与处理器连接的网络模块，网络模块经依次连接的交换机、路由器与云端服务器连接。

优选地，风机监测单元还包括经网络模块与处理器连接的水浸传感器，水浸传感器设置在风机控制柜的柜门内侧底部。

相比现有技术，本实用新型的有益效果包括：

1）本实用新型实现了风机海底电缆弯曲限制器的位置和姿态角度，便于风机运行管理人员实时了解弯曲限制器状态信息，判断有无脱落现象；

2）本实用新型实现了风机基桩钢结构或牺牲阳极腐蚀程度的实时监测，便于风机运行管理人员实时了解风机基桩钢结构或牺牲阳极腐蚀程度，指导风电基础的日常养护工作；

3）本实用新型实现了风机基桩冲刷坑的实时监测，便于风机运行管理人员实时了解风机基础周围冲刷坑的水深，判断是否需要及时对冲刷坑进行抛石处理，以确保基桩的稳定性；

4）本实用新型实现了风机基础的振动情况以及风机叶轮转速的实时监测，便于风机运行管理人员实时了解风机基础是否有异常振动以及风机叶轮运转情况；

5）本实用新型实现了风机控制机的实时水浸检测，便于风机运行管理人员实时了解风机控制柜底部是否有积水；

6）本实用新型实现了风机实时监测数据的云存储，便于运行管理人员在线查看风机实时监测数据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为实施例的风机监测单元的电路结构框图。

图2为实施例的基桩监测单元的电路结构框图。

图3为实施例的海缆监测单元的电路结构框图。

图4为实施例的风机监测单元连接到云端服务器的示意图。

图5为实施例的基桩监测单元、海缆监测单元的部置示意图。

具体实施方式

如图1和图5所示，海上风力发电机组在线监测系统，包括风机监测单元1、基桩监测单元2、海缆监测单元3，风机监测单元1包括连接的处理器101和数据采集卡108，转速传感器104、振动传感器105、电流传感器106的输出端分别与数据采集卡108连接，转速传感器104设置在风机叶轮的转轴末端；电流传感器106设置在风机输出线缆处。网络模块103、显示器102、第三无线传输模块109分别与处理器101连接。网络模块103经依次连接的交换机4、路由器5与云端服务器6连接，如图4所示。水浸传感器107经网络模块103与处理器连接。处理器101及其电路板、数据采集卡108、网络模块103、显示器102均部署在风机控制柜7内。

实施例的振动传感器105采用HN500型振动速度传感器，振动传感器105的输出端与数据采集卡108连接。数据采集卡108的型号为研华PCL-812PG。振动传感器105设置在风力发电机组的外壳体上。

实施例的水浸传感器107型号为XTG-L100，水浸传感器107的输出端经网络模块103与处理器101连接。水浸传感器设置在风机控制柜7的柜门内侧底部。

如图2所示，基桩监测单元2包括第一微处理器201以及分别与其连接的腐蚀检测传感器203、冲刷检测传感器204和第一无线传输模块202；第一无线传输模块202经无线网络与第三无线传输模块109通讯连接。第一微处理器201及其外围电路采用树莓派Raspberry Pi 4B。腐蚀检测传感器203采用公开号为CN1176382C的发明专利公开的传感器。腐蚀检测传感器203的输出端经A/D转换器与第一微处理器201连接。冲刷检测传感器204采用TELE-15激光雷达。腐蚀检测传感器203设置在风机基桩管外表面或牺牲阳极外表面，腐蚀检测传感器的触头与基桩管外表面或牺牲阳极外表面零电阻接触。冲刷检测传感器204设置在基桩的爬梯11的底面，冲刷检测传感器204的探头对准基桩处的冲刷坑。

第一无线传输模块202、第二无线传输模块302、第三无线传输模块109经Zigbee无线网络相互连接。实施例中，第一无线传输模块202、第二无线传输模块302、第三无线传输模块109均采用带定位引擎的CC2431芯片。第一无线传输模块202、第二无线传输模块302、第三无线传输模块109经无线通讯获知相互之间的相对位置。

如图3所示，海缆监测单元3包括第二微处理器301以及分别与其连接的陀螺仪传感器303、第二无线传输模块302。陀螺仪传感器303采用维特JY-61陀螺仪传感器，陀螺仪传感器303的输出端经数据线与第二微处理器301连接。实施例中，基桩底部的J型管8设置海缆监测单元3，海缆弯曲限制器9选择性设置海缆监测单元3，如图5所示。

基桩监测单元2、海缆监测单元3均根据需要设置相应等级的防水密封外壳。

上述结构的系统的工作原理：

转速传感器104检测风机叶轮的转速，振动传感器105检测风机的振动幅度，电流传感器106检测风力发电机组的输出电流；水浸传感器107检测风机控制柜底部是否有积水；转速、振动幅度、输出电流大小、是否发生水浸的数据经处理器101收集。

腐蚀检测传感器203检测基桩钢结构或牺牲阳极的腐蚀程度，冲刷检测传感器2检测基桩处冲刷坑的深度，腐蚀程度检测信号和冲刷坑深度检测信号传输到第一微处理器201，经无线通讯连接的第一无线传输模块202、第三无线传输模块109传输至处理器101。

J型管、弯曲限制器上布置的陀螺仪传感器303分别检测J型管、弯曲限制器的X、Y、Z轴角度，检测得到的J型管、弯曲限制器的姿态角度经第二微处理器301收集，经通讯连接的第二无线传输模块302、第三无线传输模块109传输至处理器101。

相邻布置的海缆监测单元3经Zigbee无线网络获取相互之间的相对位置，并将相对位置数据传输至处理器101。

上述检测数据经处理器101汇总，经网络模块103、交换机4、路由器5、云端服务器6发送至云端服务器6。风机管理人员通过在线访问云端服务器6，获知风机的实时状态信息。风机现场运维人员通过风机控制柜内的显示器102查看风机的实时状态信息。风机管理人员根据获得的海缆的弯曲限制器的相对位置以及弯曲限制器相对于J型管的位置和姿态角度，判断有无弯曲限制器脱落现象以及有无海缆过度折弯现象。

实施结果表明，本实施例的在线监测系统，节约人员现场操作检测的成本，提升了养护检测的时效性，使得风力发电机组更高效、稳定地运行。

Claims

1.海上风力发电机组在线监测系统，包括风机监测单元（1），所述风机监测单元包括转速传感器、电流传感器和处理器，转速传感器、电流传感器的输出端均与数据采集卡连接，数据采集卡与处理器连接，其特征在于，所述系统还包括基桩监测单元（2），所述基桩监测单元（2）包括第一微处理器（201）以及分别与其连接的腐蚀检测传感器（203）和冲刷检测传感器（204），第一微处理器（201）与风机监测单元的处理器（101）通讯连接；腐蚀检测传感器（203）用于监测基桩钢结构或基桩牺牲阳极的腐蚀程度；冲刷检测传感器（204）监测风机基桩周围的水深。

2.根据权利要求1所述的海上风力发电机组在线监测系统，其特征在于，风机监测单元（1）还包括与处理器连接的第三无线传输模块（109）。

3.根据权利要求2所述的海上风力发电机组在线监测系统，其特征在于，基桩监测单元（2）还包括与第一微处理器连接的第一无线传输模块（202），第一无线传输模块（202）经无线网络与第三无线传输模块（109）通讯连接。

4.根据权利要求3所述的海上风力发电机组在线监测系统，其特征在于，所述系统还包括海缆监测单元（3），所述海缆监测单元（3）包括第二微处理器（301）以及分别与其连接的陀螺仪传感器（303）、第二无线传输模块（302），第二无线传输模块（302）经无线网络与第三无线传输模块（109）通讯连接。

5.根据权利要求4所述的海上风力发电机组在线监测系统，其特征在于，第一无线传输模块（202）、第二无线传输模块（302）、第三无线传输模块（109）均为带硬件定位引擎的Zigbee模块。

6.根据权利要求1所述的海上风力发电机组在线监测系统，其特征在于，风机监测单元（1）还包括与数据采集卡（108）的振动传感器（105）。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的海上风力发电机组在线监测系统，其特征在于，风机监测单元（1）还包括与处理器连接的网络模块（103），网络模块（103）经依次连接的交换机（4）、路由器（5）与云端服务器（6）连接。

8.根据权利要求7所述的海上风力发电机组在线监测系统，其特征在于，风机监测单元（1）还包括经网络模块与处理器连接的水浸传感器（107），水浸传感器设置在风机控制柜。